多元数据融合在无人机结构健康监测中的应用

结构健康监测是保证航空器持续安全运行的重要方式,正成为无人机平台研发和适航认证的一项关键技术.针对无人机结构动态监测中的多种不同传感器测量信息,实时提取结构加速度、应变响应信号和模态特征参数,构造归一化的小波包能量变化率指标、应变能变化率指标、模态频率变化率指标与混合损伤评价指标,用于指示结构健康状态.利用多层次数据融合技术进行数据级融合、特征融合以及基于Bayes概率神经网络的决策融合,建立结构损伤程度、位置信息与健康评价指标之间的对应关系,通过粗糙集约简显著降低了特征属性的空间维度,获得关于结构健康状况的一致性决策.通过某型号无人机的健康监测实例验证了上述数据融合技术在识别多种类型传感器输入、多位置损伤识别中的精度,表明多元数据融合在无人飞行器结构损伤识别中的有效性.     

损伤对粘弹性矩形板非线性动力特性的影响

研究了考虑损伤效应的粘弹性矩形板在横向周期载荷作用下的非线性动力学问题．基于Von Karman方程、Boltzmann叠加原理和连续损伤力学理论,建立了以中面位移表示的考虑损伤效应的粘弹性薄板的非线性动力学方程,然后,应用有限差分法和Newmark法进行求解,并与相应的文献作出了比较．具体讨论了外载荷参数和板的几何尺寸对含损伤效应的粘弹性板非线性动力响应的影响．数值结果表明,考虑损伤效应时,结构的非线性动力响应会发生显著的变化．     

车桥随机振动作用下的桥梁动态影响线研究

将传统的静态影响线概念推广到动态影响线范围,研究了在车辆荷载和桥面随机不平度的作用下,简支梁桥和三跨弹性支承梁桥跨中挠度的动态影响线.基于虚拟激励法将桥面不平度转化为确定性的简谐激励,并采用精细积分法对车桥系统方程求解,获得了桥梁跨中挠度动态影响线的均值和标准差.基于 法则构造虚拟激励输出响应的确定值计算方法,获得了桥梁挠度动态影响线的确定性值域.最后通过算例分析了桥梁动态影响线的随机特性和车速与桥面不平度等级变化对桥梁动态影响线的影响,并研究了简支梁桥和弹性支承梁桥在随机振动作用下的动态影响线差异.     

面向下一代光通信的VCSEL激光器仿真模型

VCSEL激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)在现代光纤通信系统中占有十分重要的地位,为了更好的设计高速VCSEL激光器,基于经典的L-I模型、小信号响应模型,通过拟合实验测量的数据进行模型参数的提取,进而探究了偏置电流、环境温度对于VCSEL激光器L-I特性、频响特性的影响规律.针对经典的L-I模型存在的参数拟合困难、精度不高等缺陷,提出了两种相应的改进模型;针对小信号响应模型只适用于小信号工况下的缺点,引入了一种复合等效电路模型,并对二者进行了比较和分析.     

基于桥梁经验数据的理论易损性曲线校准

基于理论计算或试验研究定义桥梁损伤状态建立的理论易损性曲线,通常不能将桥梁构造(包括几何性质、材料性质等)、地面运动和场地条件等因素均考虑在内.鉴于此,为更加精确地以易损性曲线的形式评估桥梁抗震性能,首先利用1994年北岭地震桥梁损伤数据建立双参数对数正态分布的经验易损性曲线;其次,给出一种多跨桥梁力学模型,定义桥墩柱转动延性值量化桥梁损伤状态,获得4种损伤状态下的理论易损性曲线;最后,以90%置信区间的经验易损性曲线对理论易损性曲线进行校准.计算结果表明:利用桥梁力学模型建立的理论易损性曲线校准后能近似吻合经验易损性曲线,且3种损伤状态阈值由SRSS优化公式得到校准.随着结构损伤知识的进展,未来可利用更详细的结构损伤过程对校准后的理论易损性曲线做二次更新,进一步提高桥梁系统风险评估的精确性,尤其是遭受强震灾害下由多座桥梁组成的高速公路网络.     

基于增秩Kalman滤波的动态荷载识别和结构响应重构

针对传统的荷载识别方法受不适定性问题影响导致识别误差较大,且受传感器数上的限制也无法监测所有结构易损伤位置处振动响应的问题,提出了一种基于增秩Kalman滤波（augmented Kalman filter, AKF）算法的动态荷载识别和结构响应重构方法.基于结构状态空间方程,形成由荷载向量和状态向量组成的增秩状态向量（augmented-rank state vector,ASV）,利用Kalman滤波算法获得增秩状态向量的最小方差无偏（minimum variance unbiased, MVU）估计,实现了状态和荷载向量的同时识别.结合最优状态估计和观测矩阵,实现了未布置传感器处的结构动力响应重构.通过三个有限元案例,初步验证了该方法的可行性和有效性.结果表明,当荷载位置固定或移动时,所提方法均能有效地识别荷载和重构响应,精度较高且对测量噪声不敏感.传感器的种类、数量和布置位置对荷载识别和响应重构精度会有一定影响.     

碳纤维-不锈钢层板热载条件下冲击动态响应及层间损伤仿真研究

为了研究碳纤维不锈钢层板的冲击动态响应以及热载荷条件下的冲击性能,采用ABAQUS/Explicit,编写基于复合材料渐进损伤用户子程序VUMAT;引入Johnson-Cook模型,仿真计算了碳纤维增强环氧树脂基复合材料-SS304不锈钢层板热载条件下冲击动态响应过程;分析了其冲击动态响应及渐进损伤,着重讨论了热载荷条件对碳纤维金属层板的冲击能量吸收、接触力等抗冲击性能及失效模式的影响.结果显示,高速冲击载荷作用下,纤维层的脆性断裂、金属层的塑性变形以及纤维层与金属层之间的脱层是碳纤维不锈钢层板的主要失效形式.热载荷的存在直接影响了冲头的接触力,随环境温度升高,接触力总体上降低,子弹的速度衰减越慢,剩余速度增大.结果表明,热载荷降低了纤维金属板的冲击动能吸收特性,弱化了碳纤维金属板的抗冲击性能.无论是纤维金属层板的整体破坏,还是纤维失效、基体失效和脱层失效,热载荷都产生了重要影响.     

基于指标分类权重与未确知测度的装备战场损伤等级评估模型

成功的战场抢修是战斗力的"倍增器",而快速、准确的战场损伤评估是战场抢修决策和战场态势预测的前提.针对战场损伤评估中的未确知性,首先引入专家可信度对指标值进行处理;其次,通过指标本身输出的信息熵客观地确定指标的分类权重;接着在未确知数学理论及算法基础上给出了一种新的装备战场损伤等级评估模型,最后对某火炮的战损等级情况进行评判.结果表明:模型不仅能够组合多个损伤因素的估计问题,而且能够处理由不确定性信息导致的未确知性,并给出未知信息的置信度,较准确地反映了装备战场损伤程度,是装备战场损伤等级评估的一种有效工具.     

环境激励下基于柔度矩阵分解的损伤诊断

为了解决环境激励作用下结构自由度不完备对损伤诊断的影响,提出了一种基于自由度缩聚的比例柔度矩阵分解损伤诊断法.利用附加质量法求解出环境激励作用下振型关于质量归一化因子.进而根据质量归一化因子和比例柔度矩阵系数之间的关系,构建出其比例柔度矩阵,再通过使用QR矩阵分解法对构建出的比例柔度矩阵进行分解.以分解后得到的三角矩阵(R矩阵)作为研究对象,将〖WTHX〗R〖WTBX〗矩阵经过相应的数学算法处理得到最终损伤定位指标.算例研究表明:在环境激励作用下考虑自由度缩聚的影响,无论对于单损伤还是多损伤,所提损伤定位指标均表现出较高的准确性,且具有一定的鲁棒性.该文基于矩阵分解法推导出的损伤定位指标可以应用在环境激励作用下的损伤诊断,同时也为自由度不完备结构的损伤诊断提供了新研究思路.     

面向下一代光通信的VCSEL激光器仿真模型

根据L-I经验公式得到参数待定的L-I模型,并利用遗传算法搜索最优参数得到参数模型,对结果进行拟合优度检验,求出误差.在该模型基础上对环境温度进行修正并且考虑电流瞬时变化的影响,建立微分方程模型,采用Ode23求解,并利用遗传算法搜索最优参数得到参数,对结果进行拟合优度检验,得出了该激光器不同温度下的L-I特性曲线和激光器小信号幅频响应.同时根据速率方程推导出了带宽响应的数学模型,对参数归一化后,利用遗传算法搜索最优参数得到参数.     

双重孔隙渗流作用井眼围岩损伤力学模型研究

考虑双重介质建立了井眼围岩力学模型,考虑井眼围岩岩体为孔隙、裂缝双重介质,将围岩区域分为破坏区、损伤区和弹性区,建立双重介质渗流作用下的井壁围岩不同区域的损伤力学计算模型和井眼损伤区域的计算方法,计算结果表明理论计算模型与有限元模拟结果吻合较好.     

各向同性弹性损伤本构方程的一般形式

直接从不可逆热力学基本定律出发,推导出弹性各向同性损伤材料本构方程的一般形式,克服了由应变等效假设建立的经典损伤本构方程的缺陷,并阐明了两种各向同性弹性损伤模型(单标量模型与双标量模型)之间的联系.研究表明,采用单标量描述的损伤模型,在材料损伤本构方程中含有两个“损伤效应函数”,反映损伤对于两个弹性常数的不同影响.应变等效假设给出的损伤本构方程,是该文方程的一个近似形式,常常不能满意地描述实际材料的损伤行为.     

Influence of Multiple Micro Cracks on the Damage Behavior of a Macro-Crack Tip北大核心CSCD

The solution of an infinite plane containing a macro crack and a cluster of micro cracks under uniaxial tensile load was presented based on Muskhelishvili’s complex function method and the stepwise recursive method. The stress field and stress intensity factor K were obtained. Combined with the damage mechanics, damage parameter D of the macro-crack tip and the micro-crack tip under uniaxial tension was redefined, and the influence of different damage zone forms on the damage of the crack tip was analyzed. The results show that, both the chain-distribution and the reverse-chain-distribution micro cracks have an amplifying effect on the macro crack growth, and the damage parameter increases with the decrease of the inclination angle of the micro crack and the reduction of the distance between the macro crack and the micro cracks. For a relatively small inclination angle of the micro crack, the damage parameters of the macro crack and the micro crack heightens, and the damage parameter of the macro crack increases with the micro-crack length. For evenly distributed micro cracks in the continuous damage zone, the micro cracks have an amplifying effect on the macro-crack growth, and the damage parameter of the macro crack increases with the micro-crack number. © 2022 Editorial Office of Applied Mathematics and Mechanics. All rights reserved.     

危岩主控结构面损伤模型研究

危岩是迄今研究程度极其薄弱的地质灾害类型,而主控结构面受荷损伤是危岩发育机理研究的核心技术．通过定义主控结构面裂端损伤区,运用损伤力学方法建立了裂端损伤区的即时泊松比和即时弹性模量的计算方法,并据此构建了主控结构面裂端损伤本构方程,为主控结构面断裂演化数值模拟奠定了理论基础．     

多元Lanchester方程在装备战损量预计中的应用

在战时装备保障中,装备战损量预计是一难点问题.本文从分析影响装备战损的因素出发,采用多元Lanchester方程寻求解决方案.提出了基于指数多元Lanchester方程的装备战损量预计模型和模型中毁伤系数的确定方法.据此,建立了一种新的装备战损量预计方法,并举例验证.该方法较好的满足了未来信息化条件下作战装备保障的需要,具有重要的参考价值.     

聚合物材料损伤理论

本文研究了外界环境如载荷、温度、湿度、辐射、腐蚀介质、非相容介质等对聚合物材料变形的影响,给出了微分型和积分型损伤演化方程;讨论了非线性弹性体和非线性粘弹性损伤变形以及腐蚀损伤.给出了粘弹性损伤变分原理.     

Sulfur dioxide and mortality damage: a benefit/cost analysis

The author first attempts to estimate an average mortality determination function using an average dose-response function that has been established statistically between sulfur dioxide and excess mortality in U.S. metropolitan areas in which sulfur dioxide exceeds certain threshold levels. An attempt is made to estimate quantitatively the economic value of premature mortality caused by sulphur dioxide. Finally, a comparison is made between the costs of the damage caused by this pollution and the cost of pollution control efforts.     

Numerical analysis of dynamic thermoviscoelastic contact with damage of a rod

We describe and analyse a model for a problem of thermoviscoelasticdynamic contact which allows for the general evolution of thematerial damage. The effects on the mechanical properties ofthe material due to crack expansion are described by a damagefield, which measures the decrease in the load-bearing capacityof the material. The damage process is assumed to be reversibleand the microcracks which develop as a result of tension orcompression may grow or disappear. The geometric setting isthat of a 1D rod which may contact a deformable obstacle. Thecontact is modelled by the normal compliance condition and thestress–strain constitutive equation is of Kelvin–Voigttype. The model consists of a coupled system of energy–elasticityequations together with a non-linear parabolic inclusion forthe damage field. The existence of a local weak solution isestablished using penalization, a finite element algorithm forthe solution is constructed and analysed and the results ofnumerical simulations based on this algorithm are presented.The simulations illustrate how the size of the normal compliancecoefficients, the damage rate coefficients and the applied forceaffect the character of the evolution of the damage. In particular,cycles of bonding and debonding can occur.     

混凝土材料的粘塑性损伤本构模型

基于不可逆热力学,引入运动硬化、等向硬化和损伤内变量,构造了相应的自由能函数和流动势函数,推导出了混凝土材料的粘塑性损伤本构模型．数值模拟的结果表明,该模型能够避开屈服面和破坏准则的基本假设来描述混凝土材料的以下特性:压缩载荷作用下的体积膨胀现象;应变率敏感性;峰值后由损伤和破坏引起的应力软化和刚度退化现象A·D2由于此模型避开了根据各种变形阶段选择与其相应的本构模型的繁琐计算,因此更便于纳入复杂工况下应力分析有限元程序中．     

带空洞损伤的古典压力容器问题

本文根据微弹性结构线性理论研究了带空洞损伤的压力容器问题．解答是准静态的，其应力场为古典弹性力学关于球体对称压力容流问题应力解答，位移场和损伤场具有由于考虑损伤而表现出体积粘弹性特点．